Сканирующее устройство

 

Использование: изобретение относится к оптотехнике и может быть использовано, например, в тепловизорах. Сущность: поток излучения от предмета следует по элементам зеркало-обьектив-фотоприемник. В процессе вращения зеркала в предметной плоскости производится развертка изображения линейки чувствительных элементов фотоприемника и образуется растр, близкий к прямоугольному. В других вариантах устройства дополнительно обеспечивается неискаженная визуализация изображения, а также реализация чересстрочной развертки . 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

(н)з G 02 В 26/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5002644/10 (22) 16.09.91 (46) 07.09.93. Бюл. 33 — 36 (76) Кариженский Е, Я. (56) Ллойд Д. Системы тепловыделения. М,:

Мир, 1978.

Мирошников M, M. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л., Машиностроение, 1977.

Бегунов Б. Н. и др, Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1973, (54) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: изобретение относится к оптотехнике и может быть использовано, Изобретение относится к оптотехнике и может быть использовано, например. в тепловизорах.

Известны различные сканирующие устройства, иэ которых наиболее простые содержат сканер в виде плоского зеркала, Известна система с двухсторонним плоским качающимся зеркалом, обеспечивающая прием сигналов и визуализацию изображению, что расширяет ее функциональные воэможности (1). Однако к недостаткам такого рода системы, у которой плоскость сканирования совмещена с плоскостью оси объектива. относится: малое быстродействие; невысокое качество иэображения, вызванное, во-первых, наличием промежутков между строками растра, формируемого при сканировании изображения линейки приемников и источников, имеющих технологические зазоры (обычно со«,RU,, 2000589 С например, в тепловиэорах. Сущность: поток излучения от предмета следует по элементам зеркало- объектив-фотоприемник, В процессе вращения зеркала в предметной плоскости производится развертка иэображения линейки чувствительных элементов фотоприемника и образуется растр, близкий к прямоугольному. В других вариантах устройства дополнительно обеспечивается неискаженная визуализация изображения, а также реализация чересстрочной развертки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил, ставляющие 30-40% площади элементов), и. во-вторых. наличием остаточной непараллельности в плоскопараллельной пластине, служащей основанием зеркала, которая нарушает идентичность развертки визирного и регистрирующего лучей; в-третьих, наличием расфокусировки изображения из-за С1 изменения длины оптического пути в процессе сканирования.

Известны вращающиеся зеркальные сканеры, в том числе имеющие разнонаклонные грани, которые обеспечивают более ICO высокое быстродеиствие, но обладающие существенно большими габаритами. Кроме того, многогранник при уменьшающемся () отклонении пучка лучей менее эффективен г по сравнению с качающимся зеркалом. поскольку движение граней сопряжено с параллельным перемещением пучка, приводящим к искажению растра и к сниже2000589 нию качества иэображения, Известно двухстороннее вращающееся зеркало (2), которое, обладая меньшими габаритами, может обеспечить в составе вышеуказанной системы более высокое быстродействие, однако ценой снижения эффективности сканирования, что также является недостатком.

Известно сканирующее зеркало, у которого плоскость сканирования расположена перпендикулярно плоскости. совпадающей с осью объектива, что позволяет повысить эффективность сканирования rt (или коэф. использования грани), поскольку известно, что д = — — =- —, а в данном случае

P Угр гр р-1. тогда как в предыдущем случае р=2. Что касается других отмеченных недостатков, то они остаются.

Целью изобретения является повышение качества изображения и быстродействия, а также расширение функциональных воэможностей.

Цель достигается благодаря тому, что в сканирующем устройстве, содержащем плоское сканирующее зеркало, ось вращения которого расположена в одной плоскости с оптической осью, направленной под углом к, ней. ось вращения совмещена с двухсторонней отражающей поверхностью, выполненной на прозрачной основе; прозрачная основа выполнена в виде двух полушаровых линз, расположенных по обе стороны от оси вращения: полушаровые линзы выполнены с различными спектральными характеристиками.

На фиг. 1а — оптическая система с вращающимся плоским зеркалом, имеющим двухстороннюю отражающую поверхность и прозрачную основу. внутри которой она расположена; на фиг. 1б — вариант устройства с качающимся зеркалом, имеющим двухстороннюю отражающую поверхность, расположенную на одной стороне прозрачной основы: на фиг, 1в — вариант с вращающимся зеркалом, совмещенным с прозрачной плоскопараллельной пластиной; на фиг. 2 — схема с концентрическим объективом, имеющим две полушаровые линзы. между которыми расположена двухсторонняя отражающая поверхность; на фиг, 3 — схема с полушаровыми линзами, имеющими разные спектральные характеристики в сочетании с приемником излучения.

На фиг. 1а обозначены: 1 — фотоприемник с линейкой чувствительных элементов, 2 — объектив, 3 — зеркало с плоской отражающей поверхностью, с которой совмещена ось вращения, расположенная между про5

55 зрачными пластинами, 4 — тjраeктоpия движения изображения приемной линейки в предметной плоскостй, Стрелками указаны только "нулевые" пучки обьектива, На фиг.

1б — 5 — объектив, сопряженный с источником 6 излучения и зеркалом 3, обеспечивающим сканирование лучей, направленных с одной стороны в глаз, а с другой — от предмета к фотоприемнику.

На фиг. 1в: 3 — зеркало с отражающим покрытием, совмещенным с осью вращения и выполненным на прозрачной плоскопараллельной пластине, имеющей толщину d, Предполагается, что зеркало расположено на переднем отрезке оси объектива, направленном на предмет. находящийся на конечном расстоянии от объектива. Пунктиром показано положение пластины при повороте зеркала на 180 в процессе его вращения.

1 — угол между нормалью к зеркалу и осью объектива; е — величина промежутка между изображениями элементов фотоприемника

1, равного в данном случае размеру иэображения самого элемента. На фиг, 2: 1 — фотоприемник; 2,3 — элементы концентрического объектива. 4 — полушаровые линзы, 5 — плоская отражающая поверхность. 6 — двигатель. На фиг. 3; 1 — 5 — то же, что и на фиг. 2:

6 — полушаровая линза, 8, 9 — элементы концентрического объектива, прозрачные в видимой области спектра, 7 — источник излучения (линейка светодиодов), 10 — электронный блок.

На фиг, 1а поток излучения от достаточно удаленного предмета направлен к фотоприемнику 1 через элементы 3 и 2. В процессе вращения зеркала 3, ось вращения которого наклонена под углом а- 45 к оси объектива, с частотой п (С ) происходит отклонение визирного луча, в результате чего в предметной плоскости 4 образуется прямосточный растр. Он почти не зависит от чистоты обработки и степени параллельности прозрачных пластин. При этом отсутствует и периодический сдвиг пучка, поскольку ось вращения и отражающая поверхность совпадают друг с другом.

Под действием этих факторов качество изображения получается более высоким.

На фиг. 1б зеркало рассчитано на колебания вокруг оси и имеет одностороннюю прозрачную основу, которая используется для визуализации изображения подобно схеме.

Однако по сравнению с ней здесь сохраняются преимущества схемы фиг. 1а и. кроме того. обеспечивается воэможность создания неселективного (чисто зеркального) приемного тракта, что расширяет возможности системы. Однако в схемах фиг. 1а

2000589

35 и 1б сохраняется недостаток, связанный с наличием зазоров между строками формируемого растра. что-снижает качество изображения, На фиг, 1в показана часть схемы фиг. 1а с элементом 3 другой конструкции. Кроме того, показаны иэображения двух элементов приемной линейки в предметной плоскости. В процессе вращения зеркала 3 происходит образование строчного растра, сопровождаемое циклическим сдвигом строк по кадру на величину промежутков между строками благодаря воздействию на пучок лучей прозрачной плоскопараллельной пластины (3). Вследствие этого ликвидируется потеря информации, связанная с наличием технологических зазоров между элементами фотоприемника, подобно тому, как это осуществляется при чересстрочной развертке изображения, но здесь — при малых габаритах сканера, Это также повышает качество изображения и расширяет функции за счет использования нового средства реализации чересстрочной развертки.

На фиг, 2 поток излучения от предмета следует по элементам 3, 4, 5, 4, 2, 1. В процессе вращения с помощью двигателя 6 элементов 4 и 5 происходит сканирование в том же порядке, что и на фиг. 1. Если в предыду.щем случае размеры отражающей поверхности сканера превышали диаметр объектива 2, то здесь, благодаря ее расположению в сходящемся пучке лучей, указанные размеры меньше диаметра элемента 3.

Поэтому быстродействие системы повысилось. По сравнению с известной системой качество иэображения здесь более высокое, 5

25 т, к. длина оптического пути при сканировании сохраняется неизменной и дефокусировка отсутствует. На фиг. 3 поток от предмета проходит по элементам 3, 4, 5, 4, 2, 1. В результате преобразования потока на выходе фотоприемника образуются сигналы, обработка которых осуществляется в блоке 10, откуда они поступают на элемент

7. Изображение светящейся линейки передается в глаз через элементы 8. 6, 5. 6. 9, При колебании элементов 4. 5, 6 с определенной частотой (25-50 Гц) образуется изображение прямоугольного растра.

Технико-зкономическая эффективность изобретения сводится к повышению качества иэображения и скорости передачи информации, а также к расширению функциональных воэможностей системы, Формула изобретения

1. Сканирующее устройство, содержащее объектив и плоское зеркало. ось вращения которого размещена в одной плоскости с оптической осью объектива и ориентирована под углом к оптической оси, о т л и ч а ющ е е с я тем, что ось вращения совмещена с двусторонней отражающей плоскостью зеркала, выполненного в прозрачной основе.

2. Устройство по п. 1, отл и ч а ю щеес я тем, что прозрачная основа зеркала выполнена в виде двух полушаровых линз, размещенных по обе стороны от оси вращения.

3. Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что полушаровые линзы выполнены из материалов с различными спектральными характеристиками.

2000589

2000589

Составитель Е.Кариженский

Техред М.Моргентал Корректор Е. Папп

Редактор

Заказ 3078

Тираж Подписное

НПО."Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101